(57)【要約】【課題】既存の好気処理槽の構造を変更することなく低コストで生物処理法での排水中の窒素除去を可能にできる排水処理ユニットを提供することを目的としている。【解決手段】側壁面の少なくとも一部が、透水性を有し、好気性菌および嫌気性菌を固定化可能な固定化材で形成され、好気処理槽に浸漬状態で使用される容器形状をしたユニット本体を少なくとも有する排水処理ユニットにおいて、その全体比重が１以下であることを特徴としている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁面の少なくとも一部が、透水性を有し、好気性菌および嫌気性菌を固定化可能な固定化材で形成され、好気処理槽に浸漬状態で使用される容器形状をしたユニット本体を少なくとも有する排水処理ユニットにおいて、その全体比重が１以下であることを特徴とする排水処理ユニット。
【請求項２】
ユニット本体にフロートが装着されている請求項１に記載の排水処理ユニット。
【請求項３】
ユニット本体の上部に開口が設けられ、好気処理槽の外部に臨む位置に給液口を有する排水供給配管が、その排出口を前記開口に臨ませるように設けられている請求項１または請求項２に記載の排水処理ユニット。
【請求項４】
複数のユニット本体と、これらのユニット本体を並設状態で支持する支持枠部とを備えている請求項１〜請求項３のいずれかに記載の排水処理ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的に排水中の有機物及び窒素を除去する排水処理方法に用いられる排水処理ユニットに関する
【背景技術】
【０００２】
染色、食品および家畜業などにおいて発生する排水中には、窒素分が大量に含まれており、従来は、これらの窒素分を塩素注入法などの物理化学的方法により除去していたが、昨今では、有害物質である塩素の使用が問題とされ、塩素注入法に変わり生物処理法が見直されて来た。
【０００３】
しかしながら、生物処理法での窒素除去は、好気処理槽と嫌気処理槽を組み合わせた方式で行なわなければならないとともに、好気処理槽から嫌気処理槽への返送を行なわなければならず、好気方式による生物処理を行っている大半の処理場では、嫌気処理槽、返送ポンプ等の新たな設備が必要となり、通常の有機物除去に比べて設置面積と経済面で大きな負担となる。
そこで、本発明の発明者は、図１１に示すような排水処理ユニット１００を既に提案している（特許文献１参照）。
【０００４】
この排水処理ユニット１００は、ユニット本体１１０と固定化材１２０とを備えている。ユニット本体１１０は、その側壁面に開口部１１１を有する容器状をしている。固定化材１２０は、好気性菌および嫌気性菌を固定化可能で透水性を有し、ユニット本体１１０の開口部１１１を塞ぐように装着されるようになっている。
そして、この排水処理ユニット１００は、ユニット本体１１０を固定化材１２０が既存の好気処理槽に浸漬状態となるように、好気処理槽の底や周壁に架台で支持することによって固定化材１２０の外面（好気処理槽側の面）に好気性菌層が形成され、固定化材１２０の内面（ユニット本体１１０側の面）に嫌気性菌層が形成されるようになっている。
【０００５】
すなわち、この排水処理ユニット１００は、固定化材１２０を既存の好気処理槽に浸漬状態になるように設置するだけでユニット本体１１０の内側が嫌気処理槽となる。そして、固定化材１２０が透水性を有し、固定化材１２０を介して排水がユニット本体１１０内と好気処理槽との間を自由に行き来できるので、好気方式のみによる生物処理しか行っていなかった処理場においても、新しく嫌気処理槽や返送ポンプ等を設けることなく、生物処理法での窒素除去を可能にするという優れた性能を備えている。
【０００６】
【特許文献１】２００２−３３１２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、本発明者が先に提案した上記排水処理ユニットにおいては、架台を介して既存の好気処理槽の所定位置に支持固定されるようになっているため、好気処理槽内の排水重量だけでなく、架台および排水処理システムの重量が好気処理槽の周壁や底にかかる。
また、好気処理槽によっては深いものがあり、底に支持させることができない場合もある。
したがって、新たに嫌気処理槽や返送ポンプ等を設ける場合に比べ、設備コストは抑えられるものの、好気処理槽自体の補強等が必要になる場合があり、更なる改善が求められていた。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みて、既存の好気処理槽の構造を変更することなく低コストで生物処理法での排水中の窒素除去を可能にできる排水処理ユニットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明にかかる排水処理ユニットは、側壁面の少なくとも一部が、透水性を有し、好気性菌および嫌気性菌を固定化可能な固定化材で形成され、好気処理槽に浸漬状態で使用される容器形状をしたユニット本体を少なくとも有する排水処理ユニットにおいて、その全体比重が１以下であることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の排水処理ユニットにおいては、ユニット本体の上部に開口が設けられ、好気処理槽の外部に臨む位置に給液口を有する排水供給配管が、その排出口を前記開口に臨ませるように設けられている構成、あるいは、複数のユニット本体と、これらのユニット本体を並設状態で支持する支持枠部とを備えている構成とすることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明において、全体比重を１以下にする方法としては、特に限定されないが、ユニット本体を形成するフレーム材を中空材料等の比重１以下の材料で形成する方法、ユニット本体にフロート等を装着する方法、あるいは、これらの組み合わせなどが挙げられる。
フロートとしては、特に限定されないが、たとえば、樹脂独立気泡発泡体、樹脂中空成形品、ドラム缶等の金属製中空体等が挙げられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる排水処理ユニットは、以上のように、その全体比重が１以下であるので、好気処理槽内に浮遊状態で設置できる。すなわち、好気処理槽には、略排水のみを満たした場合以上の重量がかからない。したがって、既存の好気処理槽のみの排水処理設備において、好気処理槽の構造を変更することなく低コストで生物処理法での排水中の窒素除去を可能にできる。このため設備の老朽化等により好気処理槽の耐久性に問題を抱える排水処理設備においても十分設置可能となる。
【００１３】
また、ユニット本体の上部に開口が設けられ、好気処理槽の外部に臨む位置に給液口を有する排水供給配管が、その排出口を前記開口に臨ませるように設けられている構成とすれば、排水のユニット本体内への供給が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１および図２は、本発明にかかる排水処理ユニットの１つの実施の形態をあらわしている。
【００１５】
図１に示すように、この排水処理ユニット１ａは、４つのユニット本体２ａと、支持枠部３と、排水供給配管４とを備えている。
各ユニット本体２ａは、図２に示すように、８つの固定化材５と、容器状部２１とを備えている。
【００１６】
固定化材５は、図３および図４に示すように、芯材５１と、固定化材本体となる膜５２と、２つの膜固定部材５３とを備えている。
芯材５１は、繊維強化プラスチックやアルミニウム等の軽量金属材料で形成され，矩形外枠５４の内側に梯子状に桟５５が設けられた形状をしている。
【００１７】
膜５２は、帯状の不織布で形成されていて、芯材５１を挟み込むように長手方向の中間部で折り返されて芯材５１の外側に配置される。
２つの膜固定部材５３は、それぞれ芯材５１と同じ材料で芯材５１と略同形に形成されていて、芯材５１との間で膜５２を挟み込むとともに、ボルト５４をねじ込むことによって膜５２を挟み込んだ状態で芯材５１と一体化されるようになっている。
【００１８】
容器状部２１は、図１および図２に示すように、長方形の底板２２と、底板２２の短手側の両端縁から垂直に立ち上がる側板２３と、底板２２の長手側の両端縁から固定化材５の幅と略同じピッチで立ち上がる複数の固定化材支持柱２４とを備えている。
【００１９】
固定化材支持柱２４は、隣接する固定化材支持柱２４に対面する部分に固定化材５の幅方向の端部が上方からスライド嵌合可能なレール溝２５が設けられている。
すなわち、容器状部２１は、固定化材５の幅方向の両端部を固定化材支持柱２４のレール溝２５に上方からスライド嵌合されることによって固定化材５を長手側の側壁を形成するように装着でき、固定化材５を上方に引き上げることによって固定化材５が簡単に取り外せるようになっている。
【００２０】
支持枠部３は、枠本体３１と、フロートとしての複数のドラム缶３２とを備えている。
枠本体３１は、後述する好気処理槽６の内部に入り込む大きさの枠状をしていて、４つのユニット本体２ａがその容器状部２１の上端部を溶接等によって固定されている。
【００２１】
ドラム缶３２は、全ドラム缶３２の浮力によって、図５に示すように、ユニット本体２ａの上端部が露出した状態で排水処理ユニット１ａが排水Ｗに浮くように、すなわち、排水処理ユニット１ａ全体の比重が１未満となるように枠本体３１に固定されている。
排水供給配管４は、一方のユニット本体２ａに沿う枠本体３１の上面に載置状態に設けられ、好気処理槽６の外部に臨む位置に給液口４１を有し、その排出口４２がユニット本体２ａの上部開口を臨むように設けられている。
【００２２】
つぎに、この排水処理ユニット１ａが用いられた排水処理システムの１例を図５を用いて説明する。
図５に示すように、この排水処理システムＡは、既存の好気処理槽６の排水Ｗ１に排水処理ユニット１ａが浮かべられている。そして、送水ポンプ（図示せず）から送られてくる原排水が排水供給配管４を介してユニット本体２ａに供給されるようになっている。
【００２３】
好気処理槽６の底には、好気処理槽６内に空気を送り込む散気管６２が設けられている。
すなわち、この排水処理システムＡは、有機物（水素供与体）および窒素化合物を含む原排水が排水処理ユニット１ａの最も下流側のユニット本体２ａに供給される。そして、ユニット本体２ａに供給された原排水は、固定化材５が透水性を備えているので、固定化材５を通って好気処理槽６内に入り込む。
【００２４】
一方、好気処理槽６では、散気管６２から空気が排水Ｗ１内に送り込まれるので、溶存酸素量が多くなり、固定化材５の膜５２の好気処理槽６側の部分は、溶存酸素量の多い排水７に囲まれているので好気性菌固定化域２４となり、そこに固定化された好気性菌によって周囲の排水Ｗ１中の有機態窒素がアンモニア態窒素（ＮＨ3）、更には硝酸態窒素（ＮＯX）へと変化、すなわち、硝化する。
【００２５】
そして、アンモニア態窒素、あるいは硝酸態窒素を含む排水Ｗ１は、固定化材５が透水性を有しているので、固定化材５を通ってユニット本体２ａ内にも流れ込むが、上述のように膜５２の好気処理槽６側の面は、好気性菌が定着しているので、排水中の溶存酸素が固定化された好気性菌の硝化によって消費される。すなわち、ユニット本体２ａ内には、溶存酸素のほとんどない状態の排水が流れ込む。したがって、好気性菌の固定化に伴って、必然的に膜５２のユニット本体２ａの内面側が嫌気性菌固定化域２５となり、そこに嫌気性菌が固定化される。そして、硝化処理後の排水７が容器内空間２３に流入する際に、排水中の硝酸態窒素は嫌気性菌固定化域２５の嫌気性菌により分解されて窒素ガスに変わり槽外に放出される、所謂脱窒が行われる。このようにして脱窒処理された水はユニット本体２ａから固定化材５を透過して好気処理槽６に再び流出する。このようにして硝化処理および脱窒処理を終え有機物と窒素化合物が除去された水は、排水として好気処理槽６外に排出される。
【００２６】
なお、水素供与体は含まないが窒素化合物を含有する排水を、直に好気処理槽６に供給して硝化・脱窒処理することも可能である。但し、この場合は、例えばメタノール、エタノール、デンプンなどに代表される水素供与体を排水処理ユニットのユニット本体２ａ内に供給する必要がある。
【００２７】
以上のように、上記の排水処理ユニット１ａを用いれば、嫌気処理槽を備えず、好気処理槽６のみしかない排水処理設備においても、排水処理ユニット１ａを好気処理槽６に浮かべた状態にすることによって容器に排水中の窒素化合物の硝化および脱窒を図ることができる。
しかも、排水処理ユニット１ａが好気処理槽６に浮遊状態で支持されるので、強固な架台等が不要で、好気処理槽６に余分な荷重がかからない。既存の好気処理槽６のみの排水処理設備において、好気処理槽の構造を変更することなく低コストで生物処理法での排水中の窒素除去を可能にできる。このため設備の老朽化等により好気処理槽の耐久性に問題を抱える排水処理設備においても十分設置可能となる。
【００２８】
本発明にかかる排水処理ユニットは、上記の実施の形態に限定されない。たとえば、上記の実施の形態では、容器状部の長手方向の壁面全面が略固定化材で形成されていたが、ユニット本体内の排水と好気処理槽内の排水とがスムーズに入れ替われば、一部に設けられていても構わない。
【００２９】
上記の実施の形態では、固定化材が容器状部にスライド嵌合されるようになっていたが、容器状部に固定化材をビスで固定するようにしても構わない。
上記の実施の形態では、最も下流側のユニット本体２ａに原排水を供給するようになっていたが、すべてのユニット本体に供給するようにしても構わない。
【００３０】
また、上記の実施の形態では、４つのユニット本体２ａが支持枠部３１に水平方向に所定のピッチで支持固定された構成になっているが、図６（ａ）〜（ｄ）のような構成の排水処理ユニットにしても構わない。
すなわち、図６（ａ）の排水処理ユニット１ｂは、ユニット本体２ａが１つのみで、容器状部自体を比重の小さいもので形成することによって、好気処理槽６の排水Ｗ１に浮くようになっている。このような構造とすれば、複数個の排水処理ユニット１ｂを組み合わせることによって、いろいろな大きさの好気処理槽６への対応を容易に行うことができる。
【００３１】
図６（ｂ）の排水処理ユニット１ｃは、容器状部２１内に中空部２７を形成することによって浮力を得るようになっているとともに、中空部２７の水等の充填物が充填可能になっている。したがって、中空部２７への充填物の充填量を調節することによって、排水処理ユニット１ｃの全体比重を調整してユニット本体２ｃの排水面からの露出高さを調整できる。すなわち、好気処理槽６の深さおよび水面形状に使用を制限されることがない。
図６（ｃ）の排水処理ユニット１ｄは、ユニット本体２ｄの容器状部２１を図６（ｂ）の構成と同様に中空にするとともに、ドラム缶３２がユニット本体２ｄに固定されている。
図６（ｄ）の排水処理ユニット１ｅは、ユニット本体２ｅが垂直方向に積み重なった状態に連接されている。
【実施例１】
【００３２】
図７に示すようなプレ曝気槽７１、沈降槽７２、容積が、それぞれ縦1．24m、横0．66m、高さ1.26mである一次好気処理槽としての曝気槽７３および二次好気処理槽としての固定床７４を備えるミニプラント７を用意し、このミニプラント７の固定床７４に４つユニット本体２ａの膜５２の面積がそれぞれ0．768m2である排水処理ユニット１ａを膜５２が完全に排水内に浸漬した状態に浮かべ、以下の条件で原排水の処理を行った。なお、曝気槽７３から出た汚泥はすべて曝気槽７３に返送した。しかし固定床７４では返送を行なわなかった。
【００３３】
（処理条件）
排水の滞留時間：1．5〜2．5日
初期MLSS（菌体濃度）：5000ppm
膜：日本バイリーン社製のポリエステル繊維製不織布  MBT9（粗さ目付250g/m2）
【００３４】
そして、曝気槽７３および固定床７４の排水中の全窒素量および硝酸態窒素の変化を調べ、その結果を原排水の全窒素変化と合わせて、図８に示した。
その結果、曝気槽７３および固定床７４中に硝酸態窒素が、図８に破線で示すように、運転15日目以降、曝気槽７３が160mg/L前後、固定床７４が100mg/L前後と安定して生成されていることがわかる。
【００３５】
一方、図８に実線で示すように、曝気槽７３の全窒素は、原排水と略同じ200mg/Lであったにも関わらず、固定床７４の全窒素は140mg/Lと減少しており、固定床７４では、60mg/L程度の窒素除去が行われることが判る。
【００３６】
また、プレ曝気槽７１、曝気槽７３および固定床７４の排水中の有機体炭素量の変化と、固定床７４と排水処理ユニット１ａの各ユニット本体２ａ内の溶存酸素量（以下、「ＤＯ」と記す）の変化とを調べ、有機体炭素量については図９に、溶存酸素量については図１０にそれぞれ示した。
図９から、全運転を通し有機物が良く分解されていることがわかる。また、図１０から定常運転（15日目以降）では、ユニット本体外部のＤＯが1以上の値であるにもかかわらず、各ユニット本体内部のＤＯが0.5以下になっている。このことより、膜５２によりユニット本体の外部と内部がそれぞれ好気部と嫌気部に分離されていることがわかる。
【００３７】
なお、全窒素量については、触媒酸化還元方式の島津製作所社製の全窒素有機態炭素形態別窒素分析装置を用いて測定した。
硝酸態窒素については、ＪＩＳ−Ｋ−０１０２規定の銅・カドミウム還元Ｎ−（１−ナフチル）エチレンジアミン吸光光度法を用いて測定した。
有機体炭素量については、触媒酸化還元方式の島津製作所社製の全窒素有機態炭素形態別窒素分析装置を用いて測定した。
溶存酸素量については、ＤＯメータを用いて測定した。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明にかかる排水処理ユニットの１つの実施の形態をあらわす斜視図である。
【図２】図１の排水処理ユニットのユニット本体の斜視図である。
【図３】図２のユニット本体の固定化材の分解斜視図である。
【図４】図２のユニット本体の固定化材のレール溝への嵌合状態を説明する要部断面図である。
【図５】図１の排水処理ユニットを好気処理槽に設置した状態の１例を模式的にあらわす断面図である。
【図６】本発明にかかる排水処理ユニットの他の形態を模式的にあらわす断面図である。
【図７】実施例で用いたミニプラントのフロー図である。
【図８】実施例で求めた全窒素および硝酸態窒素の経時変化をあらわすグラフである。
【図９】実施例で求めた有機体炭素の経時変化をあらわすグラフである。
【図１０】実施例で求めた溶存酸素の経時変化をあらわすグラフである。
【図１１】本発明の発明者が先に提案した排水処理ユニットの断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ  排水処理ユニット
２ａ，２ｃ，２ｄ，２ｅ  ユニット本体
３  支持枠部
３２  ドラム缶（フロート）
４  排水供給配管
５  固定化材
６  好気処理槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005177581.tif 000009
【図８】
2005177581.tif 000010
【図９】
2005177581.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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